【正文】 中文 5454 字 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 學(xué)院 （ 系）： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： Computer Aided Surgery, November 2020 附 件： ； 。 指導(dǎo)教師評語： 翻譯基本正確，中文敘述通順。達(dá)到教學(xué)要求。 簽名： 年 月 日 注： 請將該封面與附件裝訂成冊。 (用外文寫 ) 附件 1：外文資料翻譯譯文 外科手術(shù)機(jī)器人的現(xiàn)狀：臨床應(yīng)用和技術(shù)挑戰(zhàn) 摘要 從第一個(gè)用于外科手術(shù)的機(jī)器人被記錄以來， 15年已經(jīng)過去了。而醫(yī)用 機(jī)器人還沒有出現(xiàn)大規(guī)模使用的情況，盡管在提高醫(yī)用能力和手術(shù)精度方面還有很大的潛力，但臨床使用的機(jī)器人還比較少。在這個(gè)調(diào)查報(bào)告中，我們以對醫(yī)用機(jī)器人的發(fā)展史的簡要回顧為開端，接下來是對機(jī)器人在臨床使用情況的一個(gè)概述，然后是對于臨床應(yīng)用的討論，這里包括了 神經(jīng)外科，整形外科，泌尿科，面部整形外科 ,放射外科，眼科和心臟外科手術(shù)。我們將關(guān)于醫(yī)用機(jī)器人的技術(shù)挑戰(zhàn)和研究領(lǐng)域總結(jié)成一張表 , 包括系統(tǒng)構(gòu)建，軟件設(shè)計(jì) ,機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ,圖像系統(tǒng)，使用者接口和安全協(xié)題等幾部分。 關(guān)鍵字 醫(yī)用機(jī)器人 ,回顧文章，技術(shù)挑戰(zhàn)，神經(jīng)外科，整形外 科 ,泌尿科，面部整形外科放射外科 ，眼科，心臟外科 介紹 醫(yī)用機(jī)器人在提高外科醫(yī)生的手術(shù)能力和手術(shù)精度方面存在著極大的潛力，而我們對于醫(yī)用機(jī)器人的應(yīng)用僅僅處于起步階段，關(guān)于它的實(shí)用性、安全性、費(fèi)用等問題也擺在了我們的面前，盡管有許多商業(yè)公司賣出了一些醫(yī)用機(jī)器人，但總的裝備數(shù)量還很少，市場仍然保持著緩慢增長的趨勢。不象工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，在 70年代到 80年代增長迅速，醫(yī)用機(jī)器人還沒有達(dá)到大的使用規(guī)模。然而，可以堅(jiān)信，醫(yī)用機(jī)器人的在醫(yī)療領(lǐng)域的優(yōu)勢將明顯顯現(xiàn)出來，這將使它在醫(yī)療上的使用持續(xù)增加。 依照美國 機(jī)器人學(xué)會(huì)的定義：一個(gè)機(jī)器人就是“ 一種自動(dòng)的位置可控的具有可編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手有幾個(gè)關(guān)節(jié)，它能夠借助于可編程程序操作。成搬運(yùn)物料、零件工具或特定裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。 ” 一說到機(jī)器人我們也許會(huì)聯(lián)想到電影“星球大戰(zhàn)”中的 R2D2，在這篇論文中我們將要遵守上面的定義。通過各個(gè)關(guān)節(jié)交替連接，機(jī)器人構(gòu)成了一個(gè)緊密聯(lián)系的鏈，這使機(jī)器人能夠從一環(huán)到另一環(huán)完成各種相關(guān)的運(yùn)動(dòng) [1]。機(jī)械手位于整個(gè)環(huán)節(jié)的末端，通常作為末端執(zhí)行器，機(jī)器人被一個(gè)電腦系統(tǒng)控制，電腦系統(tǒng)控制末端執(zhí)行器到達(dá)它的運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)的相應(yīng)位置點(diǎn)和 方向。 這篇調(diào)察文章將點(diǎn)明醫(yī)療機(jī)器人的現(xiàn)狀通過幾個(gè)臨床的實(shí)例，在這篇文章中，我們著重講述機(jī)器人在外科手術(shù)中所扮演的角色，外科機(jī)器人系統(tǒng)并不意味著會(huì)代替醫(yī)生，而是為了加強(qiáng)醫(yī)師的手術(shù)能力，也有其他方面的醫(yī)用機(jī)器人，如康復(fù)機(jī)器人和縮微機(jī)器人，但在這里我們就不在贅述了。這篇文章并不是包羅萬象的，而是對于這個(gè)領(lǐng)域作了一個(gè)概述，而將論述重點(diǎn)放在醫(yī)療機(jī)器人的歷史的發(fā)展和現(xiàn)代工作上。 關(guān)于醫(yī)用機(jī)器人手術(shù)過程的其他幾篇文章也已經(jīng)被完成了，如： Davies[2]講述了醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展史并對研究者研究出的機(jī)器人按類型進(jìn)行了分類， Taylor[3]分析了醫(yī)療機(jī)器人的分類方法并發(fā)表了自己的分類方法， Troccaz[4]講述了機(jī)器人的發(fā)展史，描述了被動(dòng)的、半自動(dòng)的、全自動(dòng)的機(jī)器人系統(tǒng)， Howe[5]介紹了在整形外科、神經(jīng)外科和其他手術(shù)中圖像處理的運(yùn)用，特殊的觀點(diǎn)也是存在的，例如 Caddedu[6]的泌尿科機(jī)器人。 本論文是按下面的次序進(jìn)行的：第二段是簡要的歷史概述，接下來第三段是臨床應(yīng)用情況的表格，表格中的應(yīng)用情況在后面進(jìn)行了敘述，第四段是研究情況和技術(shù)挑戰(zhàn)，第五段給出了結(jié)論。， 歷史概述 醫(yī)用機(jī)器人是一個(gè)相對年輕的領(lǐng)域，醫(yī) 療機(jī)器人的使用的第一個(gè)記錄出現(xiàn)在1985年 [7]，在這個(gè)手術(shù)中機(jī)器人僅是一個(gè)簡單的定位裝置，指引探針為大腦進(jìn)行活體檢查， 一個(gè) 52 歲的男人被放在一張 CT 掃描儀上 ,目標(biāo)在 CT 圖像上被識別，并且機(jī)器人指引一個(gè)導(dǎo)向的管子，一根探針將要從管子中插入，不完美的是被使用的機(jī)器人是 PUMA560工業(yè)機(jī)器人，考慮到機(jī)器人手術(shù)在接近人的時(shí)候的安全問題，這個(gè)項(xiàng)目沒有繼續(xù)下去。 不久之后，歐洲、亞洲、美國的研究小組也開始對機(jī)器人在醫(yī)療方面的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)查。在歐洲，倫敦 Imperial學(xué)院 的一個(gè)研究小組在 Davies的指導(dǎo) 下開始開發(fā)在前列腺方面的機(jī)器人 [8]， 法國的 Grenoble大學(xué)的醫(yī)院的 Benabid, Lavallee和他們的同事也開始在神經(jīng)外科手術(shù)，例如活體檢視方面的研究，在亞洲，東京大學(xué)的 Dohi發(fā)展了一個(gè) CT引導(dǎo)的探針插入操作者的原型 [10].在美國，泰勒和在 IBM的同事也開始開發(fā)后來名為 ROBODOC的系統(tǒng) [11]。 最近，有幾家商業(yè)公司和一些實(shí)驗(yàn)室在醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域展開了積極的工作，近期的努力已經(jīng)制造出了商業(yè)產(chǎn)品，例如 Grenoble大學(xué)的醫(yī)院研制的合成外科機(jī)器人系統(tǒng) NeuroMate。 臨床應(yīng) 用 在醫(yī)學(xué)上有幾種方式區(qū)別機(jī)器人的使用，例如 Taylor發(fā)明的區(qū)別方法就是通過機(jī)器人在醫(yī)療手術(shù)中所扮演的角色來區(qū)分， Taylor強(qiáng)調(diào)機(jī)器人作為與醫(yī)師協(xié)調(diào)合作的工具實(shí)現(xiàn)了對外科手術(shù)的干預(yù)，他把這個(gè)系統(tǒng)分為五個(gè)層次： 盡管這種分類方法被用作為技術(shù)指導(dǎo)，在這篇論文中，我們選擇根據(jù)臨床應(yīng)用情況來對機(jī)器人進(jìn)行劃分，按應(yīng)用情況進(jìn)行劃分對使用者更有吸引力，表 1是關(guān)于醫(yī)療機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用的 7個(gè)領(lǐng)域的一張表， 這張表并不意味著什么，但 從這個(gè)領(lǐng)域中選擇的有代表性的研究小組和投資機(jī)構(gòu)給讀者關(guān)于這個(gè)領(lǐng)域一個(gè)概括的論述，“研究對象”一欄主要涉及是以人為實(shí)驗(yàn)對象，還是以動(dòng)物、尸體或其他物體為研究對象。 表 1：臨床領(lǐng)域的應(yīng)用有代表性的機(jī)器人開發(fā) 應(yīng)用領(lǐng)域 國家 機(jī)構(gòu) /公司 系統(tǒng)名稱 研究對象 參考文獻(xiàn) 神經(jīng)外科 瑞士 Univ. of Lausanne Minerva 人 [1 13] 神經(jīng)外科 美國 Integrated Surgical /Grenoble Univ. Hospital NeuroMate 人 [14] 神經(jīng)外科 日本 Univ. of Tokyo MRI patible 組織樣本 [15] 整形外科 美國 Integrated Surgical ROBODOC 人 [11] 整形外科 美國 Georgetown/Hopkins PAKY/RCM 尸體 [1 17] 整形外科 美國 Univ. of Tokyo/Hopkins PAKY/RCM 影象 該課題 整形外科 美國 Marconi Kawasaki 豬 該課題 整形外科 英國 Imperical College Acrobot 人 該課題 泌 尿科 美國 Imperical College Probot 人 [18] 泌尿科 美國 Hopkins PAKY/RCM 人 該課題 Maxillofacial 德國 Charite SurgiScope 豬 [19] Maxillofacial 德國 Karlscuhe/Heidelberg RX 90 豬 [20] 放射科 美國 Accuracy CyberKnife 人 [21] opthamology 美國 Hopkins SteadyHand 在發(fā)展 [22] 心臟外科 美國 Intuitive Surgical ds Vinic 人 [23] 心臟外科 美國 Computer Motion Zeus 人 [24] 心臟外科 法國 Grenoble PADyC 在發(fā)展 該課題 神經(jīng)外科 在歷史回顧中，這部分已經(jīng)被講述過，神經(jīng)外科是機(jī)器人最先應(yīng)得到臨床應(yīng)用的，仍然是當(dāng)今比較令人感興趣的科研課題，神經(jīng)外科立體手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用需要空間位置正確率和精確度，以保證使不必要傷害減少到最低的情況下，達(dá)到手術(shù)的目的。這個(gè)階段有三個(gè)有代表性的機(jī)器人系統(tǒng)： 1. 瑞士 Lausanne大學(xué)的 Minerva系統(tǒng) 2. 美國集成醫(yī)療系統(tǒng)的 NeuroMate系統(tǒng) 2. 日本的 Dohi和同事開發(fā)的 MRI并立機(jī)器人系統(tǒng) Minerva 醫(yī)用外科機(jī)器人 Minerva 系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)精確的探針定位而研制的最早的機(jī)器人系統(tǒng)之一，它是為了立體的腦組織手術(shù)而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它被限于 CT 掃描時(shí)工作，它被設(shè)計(jì)的目的是保證 在連續(xù)的 CT 掃描時(shí)外科醫(yī)生能夠跟蹤工具的位置。 NeuroMate The NeuroMate是一個(gè)用于外科手術(shù)的六自由度機(jī)器人，它的開發(fā)工作是由法國Grenoble大學(xué)醫(yī)院的 Benabid, Lavallee,和他們的同事完成的，為了滿足立體手術(shù)的需要和解決對安全問題的關(guān)注，原系統(tǒng)接下來又被二次開發(fā)。 MRI patible robot 這個(gè)機(jī)器人很好的滿足了定位誤差小于 ，該單元足夠小巧，最大高度 491毫米，適合于直徑 600毫米的 MRI工作臺。 3 整形外科 整形外科也較早的使用了機(jī)器人，在 1992年它最先被用于臀部的修復(fù)手術(shù)。它的代表是 ROBODOC系統(tǒng)。 泌尿科 主要用于泌尿系統(tǒng)的手術(shù)，主要代表是 Imperial學(xué)院 1998年設(shè)計(jì) 的機(jī)器人。 機(jī)器人還在眼科，面部整形，放射療法，心臟外科等方面得到了十分廣泛的應(yīng)用，這些在前面的列表中都已做了具體的說明。（ 注：由于本文過長，所以我將與課題無緊密聯(lián)系的幾種機(jī)器人的介紹和所有的圖片信息刪去了，特此說明 ） 技術(shù)挑戰(zhàn) /研究領(lǐng)域 雖然許多的不同臨床的領(lǐng)域正在被探究如第 3 節(jié)所記錄 ,那醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域的研究還在它的幼年時(shí)期，而且我們剛好在這一個(gè)時(shí)代的開始。只有很少一些商業(yè)公司存在，而且醫(yī)療機(jī)器人每年的銷售數(shù)字還比較少，部份的理由是醫(yī)學(xué)的環(huán)境是非常復(fù)雜的和新技術(shù)的介紹很困難。 除此之外 ,一 個(gè)醫(yī)療機(jī)器人工程的完成需要工程師和臨床醫(yī)生之間有良好的合作關(guān)系，但這種關(guān)系是不容易建立的。 醫(yī)療機(jī)器人研究的技術(shù)挑戰(zhàn)和研究區(qū)域總體上說包括系統(tǒng)部件的開發(fā)和系統(tǒng)開發(fā) ,對于系統(tǒng)部件 ,研究主要包括以下幾個(gè)方面 : （ 2/24/2020 機(jī)器人調(diào)查 : Cleary/ Nguyen 第 21頁） 對于醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)來說 ,測試平臺的開發(fā)是推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵 ,這些測試平臺還可以用來加強(qiáng)工程師和醫(yī)師之間的交流 ,然而至少在美國這些平臺是很難得到開發(fā)資金的 ,像 NIH和 NSF等政府資金管理機(jī)構(gòu)很難為這些項(xiàng)目提供資金就如同它們很少調(diào)整向基礎(chǔ)研究提供資金一樣 ,而更不用說應(yīng)用研究和開發(fā)了 . 制造業(yè)者也不是很感興趣，因?yàn)獒t(yī)用機(jī)器人的投資的環(huán)境和投資回報(bào)還不確定， 盡管 一些系統(tǒng)已經(jīng)被食品藥物管理局核準(zhǔn)， 醫(yī)用機(jī)器人的規(guī)范劃問題還沒有完全被探究，這些因素仍然阻礙這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，在下面的文章中，我將對上面列出的六個(gè)系統(tǒng)組成部分進(jìn)行簡要的論述。 系統(tǒng)的構(gòu)建 隨著醫(yī)用機(jī)器人這個(gè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，隨著開發(fā)原形系統(tǒng)的費(fèi)用和困難的降低，構(gòu)建一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)可行的步